DE949268C

DE949268C - Verfahren zur Herstellung einer Eisenschicht

Info

Publication number: DE949268C
Application number: DEB27387A
Authority: DE
Inventors: John Aylward James
Original assignee: British Thomson Houston Co Ltd
Current assignee: British Thomson Houston Co Ltd
Priority date: 1952-09-15
Filing date: 1953-09-10
Publication date: 1956-09-13
Also published as: BE522786A; GB753455A; US2792340A; CH324205A; FR1083276A

Description

AUSGEGEBEN AM 13. SEPTEMBER 1956

B27387 VI/48a

Die Erfindung betrifft die Herstellung magnetisierbarer Stoffe, insbesondere dünnschichtiger Materialien von niedriger Koerzitivkraft, wie sie besonders für. geschichtete Kerne bei Transformatoren, Motoren und Generatoren verwendet werden.

In einer in den Berichten der »Faradaygiesellschaft« (1936) von Finch und Sun veröffentlichten Schrift wird eine elektrolytische Methode zur Bildung von Eisenschichten beschrieben, in welcher die Mehrheit der Kristalle ausgerichtet ist, so daß sie zumindest eine Würfelkantenrichtung in oder fast in der Schichtebene besitzen·.

Dieses Verfahren umfaßte zunächst die Herstellung eines dünnen Blattes oder einer Unterschicht von nicht magnetischem Metall, wie z. B. Gold oder Silber, deren Kristalle so orientiert werden, wie dies von dem nachfolgend zu erzeugenden magnetischen Material verlangt wird. Die Unterschicht wurde alsdann auf eine Grundschicht, z. B. aus nichtrostendem Stahl, aufgebracht, von der sie nachträglich wieder entfernt werden konnte. Die Grundschicht mit der auf ,ihr angebrachten Unterschicht wurde alsdann einem elektrolytischen Verfahren in einem geeigneten Elektrolytbad unterworfen, wodurch eine Ablagerung des gewünschten

magnetischen Stoffes auf der Unterschicht stattfand. Es wurde gefunden, daß das elektrolytisch abgelagerte Metall durch, einen »Epitaxie« genannten Vorgang eine Kristallorientierung angenommen hatte, welche der ursprünglich der Unterschicht aufgezwungenen Orientierung entsprach, so daß auf diese Weise eine gewünschte Kristallorientierung erzielt werden konnte. Nachdem die Unterschicht mit dem anhängenden Film ίο aus elektrolytisch abgelagertem magnetischem Material von der Grundsc'hicht abgelöst worden war, konnte die Unterschicht durch chemische Behandlung entfernt werden, so daß allein der Film übrig blieb. Sun und Finch stellten auf diese Art dünne Eisenfilme mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,00025 cm her unter Verwendung eines Elektrolyts aus Ferro-Ammoniumsulfat, dessen Konzentration 350 g je Liter bei einer Temperatur von 2o° C bei einer Stromdichte in der Größenordnung von 1 Amp/dm² betrug. Sie berichteten jedoch, daß, wenn die Filmdicke über 2 X io~^⁵ cm hinausging, die gewünschte Kristallstruktur verlorengeht, so daß i'hr Verfahren nur wissenschaftliches Interesse besitzt. Außerdem fanden sie, daß bei der Entfernung der Unterschicht die Orientierung verlorenging.

Demgegenüber betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Eisenschicht, z. B. eines Eiseniblattes, mit einer gewünschten Kornorientierung durch elektrolytische Ablagerung auf einer Unterschicht, die in der Weise hergestellt oder behandelt worden ist, daß sie die gewünschte Kornorientierung besitzt, wobei das niedergeschlagene Eisen die Kornorientierung der Unterschicht annimmt. Dabei 'wird die Mehrzahl der Kristalle so ausgebildet, daß zwei Würfelkanten (1-0-0) parallel oder fast parallel zu zwei im rechten Winkel zueinander in der Schicht und Blattebene verlaufenden Richtungen zu liegen kommen, so daß auf diese Weise verbesserte magnetische Eigenschaften erzielt werden.

Das erfmdungsgemäße Verfahren besteht darin, daß ein an sich bekanntes elektrolytisches Bad aus einer Eisendhloridlösung bei einer Temperatur von nicht weniger als 50⁰ C und einer Stromdichte von ungefähr 1 Amp./dm² verwendet und ein Überzug von wenigstens 0,005 cm Stärke abgeschieden wird, worauf der Überzug von der Unterschicht abgetrennt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Herstellung eines Blattes aus Unterschichtmaterial mit gewünschter Kornorientierung, in dem Überziehen der kornorientierten Unterschicht mit einer Schicht aus einem zweiten Metall mit zur Kornorientierung der Unterschicht in fester Beziehung stehender Tedlehenorientierung und schließlich in dem elektrolytischen Niederschlag von Eisen auf der überzogenen Unterschicht unter Verwendung eines Elektrolyts aus Ferrochlorid bei einer Temperatur von mindestens 50⁰ C und einer Stromdichte von mindestens 1 Amp./dm² zur Bildung eines Films von mindestens 0,05 cm, worauf die überzogene Unterschicht mit dem darauf niedergeschlagenen Fiilm aus dem Elektrolyt herausgenommen und der Film von der Unterschicht· durch Entfernung des Überzugs abgezogen wird. Für die Zwecke der Erfindung dient als Grundschicht vorzugsweise Gold, bei welchem die würfelförmige Kristallstruktur z. B. mittels Kaltwalzen auf eine 95°/oige oder noch stärkere Reduzierung des Durchmessers und anschließend Anlassen bei 1000⁰ C während 1 Stunde ausgebildet werden kann.

Die Würfelkantenlänge a-0 von Gold ist \ 2 -mal größer als die von Eisen innerhalb Abweichungsgrenzen von 1 °/o, so daß die Atomanordnung in der Würfelfläche eines Eisenkristalls sehr weitgehend an diejenige der Atome in der Würfelfläche eines Goldkristalles angepaßt, aber mit den Würfelkanten (1-0-0) unter einem Winkel von 45⁰ zu denen des Unterschichtmaterials gerichtet ist. Als Unterschichtmaterial kann auswahlweise Kupfer, Eisen oder eine Nickel-Eisen-Legierung im Verhältnis ι : ι verwendet werden.

Es wurde gefunden, daß zur Herstellung einer epitaxialen Elektrolyteisensdhicht auf Gold ein Plattierungsbad aus 600 g Fe 0I₂ · 4 H₂ O je Liter Wasser mit einem Säuregrad entsprechend vom p_H-Wert 1,8 bei einer Temperatur von 70 ° C besonders zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Es go ist empfehlenswert, die Verdampfung und Oxydation der Lösung möglichst einzuschränken. Die Kathodenstromdichte - soll klein gehalten werden, z. B. auf ι Amp./dm².

Auf diese Weise wird ein Eisenblatt oder eine Eisenschicht mit den gewünschten magnetischen Eigenschaften erhalten und kann in Übereinstimmung mit einem weiteren Merkmal der Erfindung als Vorlage dienen, von welcher leicht weiter abtrennbare Blätter abgezogen werden können. Um weitere Blattabzüge zu erhalten, wird das Voriageblatt durch Elektrolytniederschlag mit einer dünnen epitaxialen Schicht eines Metalles mit geeigneten Gitterkonstanten, wie z. B. Silber oder Zinn, überzogen, worauf auf derselben wiederum eri-n Eisenniederschlag erzeugt wird. Dieses zweite Eisenblatt kann alsdann vom Vorlageblatt durch Entfernen der Zwisehenmetallschicht, z. B. durch Schmelzen oder auf andere geeignete Weise, abgetrennt werden. Vorzugsweise wird als Zwischenmetall Zinn verwendet, weil es billig ist und bei niedriger Temperatur schmilzt. Es ist weiter geeignet, weil die genannte Länge a-0 der quadratischen Fläche der tetragonalen Einheitszelle des weißen Zinne nur innerhalb der Grenzen von 2% von der doppelten Würfelkantenlänge des Eisens abweicht.

Eine Zinnplattierungslösung von geeigneter Zusammensetzungenthält z. B. 90 g Na₂ Sn O₃ · 3 H₂ O und 7,5 g NaOH auf 1000 g Wasser. Die Kathodenstromdichte soll klein gehalten werden, etwa in der Größenordnung von 0,1 Amp./dm². Es werden Zinnanoden benutzt, die Lösung umgerührt und die Temperatur auf ungefähr 70° C gehalten. Es ist wiederum empfehlenswert, die Verdampfung einzuschränken. Als Zinnüberzug genügt bereits eine Dicke von nur 10-⁴ cm, welche

eine Plattierungszeit von etwa ι Stunde erfordert.

Alsdann kann auf die Zinnschicht das Eisen aufgetragen werden, wobei die im vorhergehenden besehriebene Methode angewandt wird. Auf diese Weise kann ein Niederschlag von beträchtlicher Dicke erzielt werden. Bei einer Stromdichte von ι Amp./dm² wird z. B. in ungefähr 8 Stunden eine Dicke von 0,0125 cm erhalten. Dieser Eisenniederschlag kann von der Vorlage entweder kalt oder bei einer Temperatur oberhalb des Zinnschmelzpunktes abgetrennt werden. Erforderlichenfalls kann das so erhaltene Eisenblatt entzinnt werden, indem man es bei Zimmertemperatur während 10 Minuten der Einwirkung von Chlorgas aussetzt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herstellung einer Eisenschicht, z. B. eines Eisenblattes, mit einer gewünschten Kornorientierung durch elektrolytische Ablagerung auf einer Untenschicht, die in der Weise hergestellt oder behandelt worden ist, daß sie die gewünschte Kornorientierung besitzt, wobei das niedergeschlagene Eisen die Kornorientierung der Unterschicht annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekanntes elektrolytisches Bad aus einer Eisenchloridlösung bei einer Temperatur von nicht weniger als 50⁰ C und einer Stromdichte von ungefähr 1 Amp./dm² verwendet und ein Überzug von wenigstens 0,005 cm Stärke abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die kornorientierte Unterschicht zunächst eine Schicht aus einem zweiten Metall mit zur Kornorientierung der Unterschicht in Beziehung stehender Teilchenorientierung niedergeschlagen wird, wobei das Metall dieser Zwischenschicht so ausgewählt wird, daß die darauf niedergeschlagene Eisenschicht sich leicht abziehen läßt.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterschichtmaterial Gold, Kupfer, Nickel, Eisen, Aluminium oder eine Nickel-Eisen-Legierung im Verhältnis 1 : 1 verwendet wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Eisenblättern mit geeigneter Kornorientierung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eisenfolie gemaß dem in Ansprüchen 1 bis 3 beanspruchten Verfahren hergestellt und alsdann das Verfahren gemäß Anspruch 2 wiederholt wind, wobei die erhaltene Eisenfolie nunmehr als Unterschichtmaterial benutzt wird.
5. Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 4, wobei als Überzugsmaterial zum Überziehen der Unterschicht Zinn verwendet wird. ·

In Betracht gezogene Druckschriften:
Galvanotechnik (früher Pf anhauser),
S. 1495.

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